土木工程力學(xué)基礎(chǔ)-單元1-力和受力圖

一．力的基本知識1.力——力是物體間相互的機(jī)械作用。力的外效應(yīng)——使物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化力的內(nèi)效應(yīng)——使物體產(chǎn)生變形力的三要素——力的大小、方向（方位與指向）、作用點(diǎn)力的圖示——力是矢量。通常用一個帶箭頭的線段表示力的三要素。力的大小——線段的長度（按選定的比例）表示力的方向——線段的方位和箭頭表示力的作用點(diǎn)——帶箭頭線段的起點(diǎn)或終點(diǎn)表示力的作用線——通過力的作用點(diǎn)并沿著力的方位的直線。力的單位——牛頓（N）或千牛頓（kN）一．力的基本知識力的圖示2.力系力系——作用在同一物體上的一組力。等效力系——對物體作用效果相同的力系。合力——如果一個力與一個力系等效，則此力稱為該力系的合力，而力系中的各個力都是其合力的分力。平衡力系——使物體保持平衡的力系。一．力的基本知識3.荷載類型荷載——使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生運(yùn)動或有運(yùn)動趨勢的主動力集中力或集中荷載

——作用于一點(diǎn)的力分布力

——力的作用面積較大的力線分布力或線荷載——當(dāng)物體所受的力，是沿著某條線連續(xù)分布且相互平行的力系一．力的基本知識例1.梁的自重，可以簡化為沿梁的軸線分布的線荷載如圖示。單位長度上所受的力，稱為分布力在該處的荷載集度，通常用q

表示，其單位是

N/m或kN/m線分布荷載的大小用合力表示合力的大小Q=ql合力的作用點(diǎn)為分布長度的中點(diǎn)二.靜力學(xué)公理1.二力平衡公理剛體在兩個力作用下保持平衡的必要和充分條件是：此兩力大小相等，方向相反，作用在一條直線上。二力平衡公理的應(yīng)用

二力構(gòu)件——對于只受兩個力作用而處于平衡的剛體。二力構(gòu)件不論其形狀如何，所受兩個力的作用線必沿二力作用點(diǎn)的連線。2．作用與反作用公理——

兩個物體間的相互作用的一對力總是大小相等，方向相反，沿同一直線且分別作用在兩個相互作用的物體上。二.靜力學(xué)公理3.平行四邊形公理——作用于物體上同一點(diǎn)的兩個力，可以合成為作用于該點(diǎn)一個合力。合力的大小和方向可用這兩個已知力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對角線表示。二.靜力學(xué)公理4.加減平衡力系公理——在作用于剛體的力系中，加上或去掉一個任何平衡力系，并不會改變原力系對剛體的作用效應(yīng)。二.靜力學(xué)公理力的可傳性——作用在剛體上的力可沿其作用線移動到剛體內(nèi)任一點(diǎn)，而不改變該力對剛體的作用效果。三.常見約束類型及其反力1.約束與約束反力主動力

——使物體產(chǎn)生運(yùn)動或運(yùn)動趨勢的力。約束——限制物體運(yùn)動的其他物體。約束反力——約束對于被約束物體的運(yùn)動起限制作用的力。2.幾種常見的約束類型及其反力柔索約束——由繩索、鏈條、膠帶等柔體構(gòu)成的約束，都稱為柔索約束。約束特征：只能限制物體沿著柔索的中心線離開柔索的運(yùn)動。反力特征：柔索對物體的約束反力T通過接觸點(diǎn)，其方向沿著柔索的中心線而背離物體，是拉力。

三.常見約束類型及其反力光滑面約束——當(dāng)物體在接觸處的摩擦力很小，即可以忽略不計(jì)時，兩物體彼此形成的約束就是光滑面約束。約束特征：只能限制物體沿著接觸面的公法線指向接觸面的運(yùn)動，而不能限制物體沿著接觸面的公切線或離開接觸面的運(yùn)動。反力特征：通過接觸點(diǎn)，沿公法線方向指向被約束物體，是一個壓力，常用字母N

表示。三.常見約束類型及其反力三.常見約束類型及其反力圓柱形鉸鏈約束——兩物體分別鉆有直徑相同的圓柱形孔，用一圓柱形銷釘連接起來，在不計(jì)摩擦?xí)r，即構(gòu)成光滑圓柱形鉸鏈約束，簡稱鉸鏈約束。約束特點(diǎn)：約束的本質(zhì)為光滑接觸面約束，因其接觸點(diǎn)位置未定，無法預(yù)先確定的未知力。通常用兩個大小未知的正交分力來表示。鉸鏈約束分類：連接鉸鏈、鏈桿支座、固定鉸鏈支座、活動鉸鏈支座鉸鏈約束的分類鏈桿約束——兩端用銷釘與物體相連且中間不受力（自重忽略不計(jì)）的直桿。反力特征：只能限制物體沿著鏈桿中心線，指向未定。固定鉸支座——用圓柱鉸鏈連接的兩個構(gòu)件中，如果有一個固定不動，就構(gòu)成固定鉸支座。這種支座能限制構(gòu)件沿圓柱銷半徑方向的移動，而不能限制其轉(zhuǎn)動，其約束反力與圓柱鉸鏈相同。鉸鏈約束的分類可動鉸支座——將鉸鏈支座用幾個輥軸在水平面上即構(gòu)成可動鉸支座。約束特征：不能限制被支承構(gòu)件繞銷釘?shù)霓D(zhuǎn)動和沿支承面方向的運(yùn)動，而只能阻止構(gòu)件在垂直于支承面方向向下運(yùn)動。反力特征：可動鉸支座的約束反力垂直于支承面且通過銷釘中心，其大小和方向待定。鉸鏈約束的分類固定端支座——既限制被約束物體沿任何方向移動，又限制它的轉(zhuǎn)動，這樣的約束稱為固定端支座。反力特征：由兩個未知的約束反力和一個約束反力偶組成。三.常見約束類型及其反力YAMAXAPq四.受力圖受力圖的畫法：1.確定研究對象2.單獨(dú)畫出物體的輪廓圖形3.先畫主動力4.再畫約束反力5.檢查TANBG受力圖——在研究對象上標(biāo)出其所受的全部主動力、約束反力的圖形。例2.畫出AB桿的受力圖。桿重為G。GTCNBNA例3.三角支架各桿自重不計(jì)。已知受力如圖所示，試畫出銷B、AB桿、BC桿的受力圖。

ABPBNABCBNBANCBNBCNBCNBA例3.簡支梁自重不計(jì)。已知受力如圖所示，試畫出AB梁的受力圖。受力圖的畫法及步驟1.根據(jù)題意選取研究對象，用盡可能簡明的輪廓單獨(dú)畫出，即取分離體。2.畫出該研究對象所受的全部主動力。3.在研究對象上所有原來存在約束的地方，根據(jù)約束的性質(zhì)畫出約束反力。對于方向不能預(yù)先獨(dú)立確定的約束反力（例如圓柱鉸鏈的約束反力），可用互相垂直的兩個分力表示，指向可以假設(shè)。4.有時可根據(jù)作用在分離體上的力系特點(diǎn)，如利用二力平衡時共線等理論，確定某些約束反力的方向，簡化受力圖?！?/p>

受力分析的方法口訣】受力分析并不難，掌握方法是關(guān)鍵。確定對象先分離，已知外力畫上面。接觸點(diǎn)、面要找全，二力桿件定正確。柔體約束是拉力，光滑面約束壓力顯。鉸鏈約束正交力，特殊情形要記住。鉸鏈支座有兩種，鏈桿反力沿桿線。固定端反力有三，反力偶加正交力。分離體上力畫全，踏過門檻笑開顏。自我檢測一1.力對物體的作用效果取決于力的

，

和

三個因素。2.荷載按作用的范圍大小分為

和

。3.在兩個力作用下處于平衡的構(gòu)件稱為

，此兩力的作用線必過這兩力作用點(diǎn)的

。4.工程中常見的約束有柔體約束，

約束，光滑圓柱鉸鏈約束，

約束，固定鉸鏈約束，

約束和

約束。5.畫受力圖的一般步驟是，先確定

，然后畫主動力和約束反力。1．由繩索、鏈條、膠帶等柔體構(gòu)成的約束稱為（）約束。

A.光滑面約束；B.柔索約束；C.鏈桿約束；D.固定端約束2．光滑面對物體的約束反力，作用在接觸點(diǎn)處，其方向沿接觸面的公法線()

A．指向受力物體，為壓力；B．指向受力物體，為拉力；

C．背離受力物體，為拉力；D．背離受力物體，為壓力3．在兩個力作用下處于平衡的構(gòu)件稱為（），此兩力的作用線必過這兩力作用點(diǎn)的（）。

A．平衡桿件；直線；B．剛體；中點(diǎn)；

C．二力構(gòu)件；連線；D．直桿；連線4．固定端支座不僅可以限制物體的（），還能限制物體的（）。

A．運(yùn)動；移動；B．移動；活動；

C．轉(zhuǎn)動；活動；D．移動；轉(zhuǎn)動自我檢測一試指出圖1-30各結(jié)構(gòu)中的二力構(gòu)件。學(xué)習(xí)項(xiàng)目一

以小組為單位，選取某座斜拉橋?yàn)檠芯繉ο?，介紹該橋的結(jié)構(gòu)組成并對斜拉橋的索塔和拉索進(jìn)行受力分析。填寫學(xué)習(xí)任務(wù)單，完成一篇自擬題目的報(bào)告。斜拉橋的簡圖和照片見圖1-29，供參考。要求：利用課余時間，2周內(nèi)完成。學(xué)習(xí)任務(wù)單一主題自擬：小組成員與分工組長:

網(wǎng)絡(luò)信息收集:

圖書資料查找:

撰寫論文報(bào)告:

實(shí)地考察記錄:

實(shí)地拍照:

資料整理:

咨詢導(dǎo)師:

其他:

研究目的了解斜拉橋的歷史與發(fā)展□明確斜拉橋的受力特點(diǎn)□欣賞斜拉橋的藝術(shù)美□激發(fā)專業(yè)興趣□增加學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣□學(xué)習(xí)任務(wù)單一研究內(nèi)容斜拉橋的類型與結(jié)構(gòu)組成□世界上十座著名的斜拉橋□斜拉橋的發(fā)展趨勢□長江上的斜拉橋統(tǒng)計(jì)□斜拉橋的受力特點(diǎn)□索塔的受力特點(diǎn)□拉索的受力特點(diǎn)□拉索的制作材料□斜拉橋的施工工藝□其他□